Physical Biochemistry (BBK4004) - VDU Biochemijos ir biotechnologijų katedra
Klaida
  • Įvyko klaida įkeliant kanalų duomenys

Physical Biochemistry (BBK4004)

Course code

Course group

Volume in ECTS credits

Course  hours

BBK4004

C

6

160

Course type (compulsory or optional)

Compulsory

Course level (study cycle)

Bachelor

Semester the course is delivered

Autumn

Study form (face-to-face or distant)

Face-to-face

Course title in Lithuanian

FIZIKINĖ BIOCHEMIJA

Course title in English

PHYSICAL BIOCHEMISTRY

Short course annotation in Lithuanian

Jėgos tarp dalelių ir paviršių. Bendrumai tarp tarpmolekulinių ir tarpdalelinių jėgų. Tarpmolekulinių, tarpdalelinių ir tarppaviršinių jėgų skirtumai. Tarppaviršinės van der Valso jėgos. Elektrostatinės jėgos tarp skystyje esančių paviršių. Solvatacijos, struktūrinės ir hidratacinės jėgos. Erdvinės ir fliuktuacinės jėgos. Adhezija. Skysčius primenančios struktūros ir savaime susidarančios sistemos: micelės, dvisluoksniai ir biologinės membranos. Savaime susidarančių sistemų termodinamika. Amfifilinių molekulių agregacija: micelių, bisluoksnių, pūslelių ir biomembranų susidarymas. Sąveikos tarp lipidinių bisluoksnių ir biologinių membranų. Elektronų pernaša biochemijoje, oksidacinis fosforilinimas, redokso potencialai ir laisvosios energijos pokyčiai. Biomembranos: lipidų tipai, bimolekuliniai sluoksniai ir liposomos, baltymų asociacija su lipidais ir difuzija membranose. Membranų kanalai ir siurbliai: aktyvi ir pasyvi pernaša.  Energijos transformacijos biochemijoje: ATP-ADP ciklas, ATP hidrolizė ir konjuguotų reakcijų pusiausvyra, fosfato pernaša, metabolizmo keliai ir jų reguliavimas. Kvėpavimo grandinė, protonų gradientas ir ATP sintezė. Koncentracijų gradientai ir pernaša, jonų kanalai. Pirmo, antro ir trečio laipsnio reakcijų kinetinės lygtys. Grįžtamosios, lygiagrečiosios ir nuosekliosios reakcijos, stacionariųjų koncentracijų metodas. Temperatūros įtaka reakcijų greičiui, aktyvacijos energija, aktyviųjų dūžių ir aktyvuotojo komplekso teorija. Reakcijų tirpaluose ypatumai. Grandininės, fotocheminės bei heterogeninės reakcijos. Bendrieji cheminės katalizės dėsningumai, homogeninė, heterogeninė ir rūgštinė-bazinė katalizė, autokatalizinės reakcijos. Fermentai ir fermentinė katalizė, pereinamoji būsena biokatalizėje. In vitro bioelektrocheminės sistemos, bioelektrokatalizė, biosensoriai.

Short course annotation in English

This course is on equilibrium thermodynamics and chemical kinetics with emphasis to biological applications. Energy transformations in biosystems will be also discussed. ATP hydrolysis and equilibria of conjugated reactions, phosphate transfer, metabolism pathways and their regulations. Biological membranes and transport. Protein association with lipid layers and diffusion in membranes. Membrane channels and pumps: active and passive transport, hydrolysis of ATP and ion transport. Concentration gradients and transport, ion channels. Electron transfer in biochemistry, oxidative phosphorylation, redox potentials and free energy changes. Respiratory chain, proton gradient and ATP synthesis. 1st, 2nd and 3rd order reactions. Reversible, parallel and consecutive reactions, the method of stationary concentrations. The dependence of reaction rate on temperature, activation energy, collision and transient state theories. Reactions in solutions. Chain,  photochemical and heterogeneous reactions. Enzymes and biocatalysis, transient state, bisubstrate reactions, inhibition. In vitro bioelectrochemical systems, bioelectrocatalysis, biosensors.

Prerequisites for entering the course

General Biochemistry

Course aim

The aim of this course is to cover fundamenal aspects of energy transformation in living organisms at a molecular level with emphasis on modern methods of investigation.

Content (topics)

 

 1. Thermodynamics of biological systems
 2. Energy transduction and transformation in living systems
 3. Structure and composition of  biological membranes, energy-coupling membranes
 4. Mechanisms of transmembrane transport. Transporters, channels
 5. Chemiosmotic processes in living systems
 6. Biological electron transport chains
 7. Energetical properties of plant cells. Photosynthesis
 8. ATP-synthase
 9. Energetics of extremophiles
 10. Evolution of bioenergetics systems
 11. Transport of macromolecules through biological membranes
 12. Molecular motors
 13. Methods for studies of  biological membranes and bioenergetics - I
 14. Methods for studies of  biological membranes and bioenergetics - II
 15. Thermoregulation of organisms

Practical work (contents):

The analysis of oxidative phosphorylation system functions: the effect of inhibitors, uncouplers and selected efector on mitochondrial respiratory rate.

The registration and calculation of mitochondrial transmembrane potential.

The determination of ATP amount in mitochondria and cells by chemiluminescence method.

The determination of reactive oxygen species (ROS) in mitochondria and cells using specific fluorescent indicators.

The registration of current through plasma membrane by patch-clamp method.

Distribution of workload for students (contact and independent work hours)

Lectures – 45 h,practical work (laboratory practice) – 30 h, individual work – 78 h, assessment of knowledge (control work, mid-term examination, final examination) – 7 h

Structure of cumulative score and value of its constituent parts

Final assessment sums the assessments of written final examination (50%), written mid-term examination (20%), assessment of laboratory works (30%).

Recommended reference materials

No.

 

Publication year

Authors of publication and title

Publishing house

Number of copies in

University library

Self-study rooms

Other libraries

Basic materials

1.

2008

R. Daugelavičius. Molekulinė ląstelės energetika  

Kaunas: Technologija

 

0

40

 

2.

2002

D.G. Nicholls, S.J. Ferguson. Bioenergetics 3

Academic Press

0

1

 

Supplementary materials

1.

2001

D.T. Haynie. Biological Thermodynamics

Cambridge University Press

 

2.

2012

http://www.bmb.leeds.ac.uk/illingworth/oxphos/

Internet

 

3.

2012

http://www.biophysics.org/btol/bioenerg.html

Internet

 

4.

2012

http://members.tripod.com/mitoart/database/index/i-bioenr.htm

Internet

 

5

2001

Price NC et al., Principles and problems in Physical chemistry for Biochemists

 

Oxford University Press

 

Course programme designed by

Prof.dr.Rimantas Daugelavičius, Department of Biochemistry and Biotechnologies, Faculty of Natural Sciences

Additional information